JP3910700B2 - 油圧パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵トルクに応じた操舵補助力を発生する油圧パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
ステアリングホイールに連結される入力シャフトと、その入力シャフトに操舵トルクに応じて弾性的に相対回転可能に連結される出力シャフトと、供給される圧油の油圧に応じた操舵補助力を発生可能な油圧アクチュエータと、その油圧アクチュエータに供給される圧油の油圧を、その入力シャフトと出力シャフトの相対回転量に応じて制御する油圧制御弁とを備える油圧パワーステアリング装置が従来から用いられている。
【０００３】
そのような油圧パワーステアリング装置において、直進運転状態近傍における剛性感を向上することが望まれている。そのため、入力シャフトと出力シャフトとを連結するトーションバー等の弾性部材のバネ定数を大きくすることが考えられる。しかし、この場合、舵角の大きなコーナリング状態で必要とされる操舵トルクも大きくなり、特に低速での旋回性能が低下する。
【０００４】
また、入力シャフトと出力シャフトとを連結するトーションバー以外の弾性部材を設けることで、所望の操舵特性を得ることが試みられている（実開昭５６‐１３１２６６号公報）。しかし、この場合、直進運転状態近傍において剛性感を充分に向上し、且つ、低速での旋回性能を充分に向上するのは困難であった。
【０００５】
また、その操舵補助力発生用油圧アクチュエータに供給される圧油の油圧を、車速や舵角に応じて電子制御する機構が用いられている。しかし、その機構では油圧の制御構造が複雑になると共に電子部品を用いるためコストが増大するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決することのできる油圧パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、入力シャフトと、その入力シャフトに操舵トルクに応じて弾性的に相対回転可能に連結される出力シャフトと、供給される圧油の油圧に応じた操舵補助力を発生可能な油圧アクチュエータと、その油圧アクチュエータに供給される圧油の油圧を、その入力シャフトと出力シャフトの相対回転量に応じて制御する油圧制御弁とを備える油圧パワーステアリング装置に適用される。
本発明は、その入力シャフトに対する出力シャフトの相対回転を抑制する力を、直進運転状態から操舵トルクが設定値に達するまでは、その油圧アクチュエータに供給される圧油の油圧に応じて作用させ、操舵トルクが設定値以上では一定に保持する操舵抑制力制御機構が設けられていることを特徴とする。
本発明の構成によれば、直進運転状態から操舵トルクが設定値に達するまでの直進運転状態近傍では、油圧により両シャフトの相対回転が抑制される。これにより、直進運転状態近傍で所望の剛性感を得ることが可能になる。
操舵トルクが設定値以上になると、両シャフトの相対回転を抑制する油圧が大きくなることはないので、操舵トルクに応じて操舵補助力を大きくできる。
【０００８】
さらに本発明においては、その操舵抑制力制御機構は、油圧制御部と作動部を備え、その油圧制御部は、シリンダと、このシリンダ内を一対の油室に区画する制御ピストンと、その制御ピストンを中立位置に保持するための弾力を作用させる弾性部材とを有し、各油室に前記油圧アクチュエータに供給される圧油が供給され、その一方の油室における制御ピストンの受圧面は他方の油室における制御ピストンの受圧面よりも大きくされ、その作動部は、入力シャフトと出力シャフトの中の一方を、その他方の油室における油圧に応じて押し付けるプランジャを有し、そのプランジャは、入力シャフトと出力シャフトの中の一方に対して相対回転する部材に保持され、直進運転状態では、前記制御ピストンが中立位置に保持されるように、両受圧面に作用する油圧の差に基づき制御ピストンに作用する力と前記弾性部材の弾力に基づき制御ピストンに作用する力とが釣り合うものとされ、直進運転状態から操舵トルクが前記設定値に達するまでは、両受圧面に作用する油圧の差の増加に基づき制御ピストンは他方の油室に向かい変位され、操舵トルクが設定値以上では前記プランジャに作用する油圧が一定に保持されることを特徴とする。
この構成によれば、直進運転状態では、弾性部材の弾力に基づき制御ピストンが中立位置に保持され、両油室における油圧は等しい。この場合、プランジャが入力シャフトと出力シャフトの一方を押し付ける力は、直進運転状態で操舵補助力発生用油圧アクチュエータに作用する油圧に対応することから、最低値である。
直進運転状態から操舵トルクが設定値に達するまでの間は、操舵トルクの増加に伴い操舵補助力発生用油圧アクチュエータに作用する油圧が増加することから、制御ピストンの両受圧面に作用する油圧の差が増加する。これにより、その制御ピストンは他方の油室に向かい変位することから、他方の油室における油圧が増加する。よって、その他方の油室における油圧に応じて、そのプランジャが入力シャフトと出力シャフトの一方を押し付ける力が増加する。そのプランジャは、その入力シャフトと出力シャフトの中の一方に対して相対回転する部材に保持されることから、両シャフトの相対回転を抑制する力が操舵トルクに応じて増加する。
その操舵トルクが設定値以上になると、そのプランジャに作用する油圧が一定に保持されることから、両シャフトの相対回転を抑制する力は一定になる。
これにより、簡単な油圧機構によって、直進運転状態近傍では両シャフトの相対回転を抑制し、操舵トルクが設定値以上になると両シャフトの相対回転を抑制する力を一定にして操舵トルクに応じて操舵補助力を大きくできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１０】
図１に示すラックピニオン式パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール（図示省略）に連結される入力シャフト２と、この入力シャフト２にトーションバー３を介して連結される出力シャフト４とを備えている。そのトーションバー３はピン５を介して入力シャフト２に連結され、また、セレーション６を介して出力シャフト４に連結されている。その出力シャフト４にピニオン７が形成され、このピニオン７に噛み合うラック８が車輪（図示省略）に連結されている。
【００１１】
その入力シャフト２の一端側は、ベアリング９を介してバルブハウジング１０ａにより支持される。その入力シャフト２の他端側は、出力シャフト４の一端面側（図１において上方側）において開口する空洞部４ａの内周面にブッシュ１１を介して支持されている。その出力シャフト４はベアリング１２、１３を介してラックハウジング１０ｂにより支持されている。これにより、操舵による入力シャフト２の回転はトーションバー３を介してピニオン７に伝達されてラック８が車両幅方向に移動し、このラック８の移動により舵角が変化する。なお、その入出力シャフト２、４とバルブハウジング１０ａとの間にオイルシール１４、１５が設けられている。また、そのラック８を支持するサポートヨーク１６が設けられ、このサポートヨーク１６はバネ１７の弾力によりラック８に押し付けられている。
【００１２】
供給される圧油の油圧に応じた操舵補助力を発生可能な油圧アクチュエータとして油圧シリンダ１８が設けられている。その油圧シリンダ１８は、ラックハウジング１０ｂにより構成されるシリンダチューブと、ラック８に一体に形成されたピストン２０とを備え、そのピストン２０により仕切られる一対の油室２１、２２が形成されている。
【００１３】
その油圧シリンダ１８に供給される圧油の油圧を、入力シャフト２と出力シャフト４の相対回転量に応じて制御するロータリー式油圧制御弁２３が、各油室２１、２２に接続されている。その制御弁２３は、筒状の第１バルブ部材２４と、この第１バルブ部材２４に相対回転可能に挿入される第２バルブ部材２５とを備えている。その第１バルブ部材２４は出力シャフト４にピン２６を介して同行回転可能に取り付けられている。その第２バルブ部材２５は入力シャフト２の外周に一体的に形成されている。これにより、操舵トルクに応じて上記トーションバー３が弾性的に捩じれることで、入力シャフト２と出力シャフト４は弾性的に相対回転し、両バルブ部材２４、２５も弾性的に相対回転する。
【００１４】
図２に示すように、第１バルブ部材２４の内周と第２バルブ部材２５の外周とに軸方向に沿う複数の凹部が周方向等間隔に形成されている。
その第１バルブ部材側凹部は、互いに周方向等間隔に位置する４つの右操舵用凹部２７と、互いに周方向等間隔に位置する４つの左操舵用凹部２８とで構成される。
その第２バルブ部材側凹部は、互いに周方向等間隔に位置する４つの圧油供給用凹部２９と、互いに周方向等間隔に位置する４つの圧油排出用凹部３０とで構成される。
各右操舵用凹部２７と各左操舵用凹部２８とは周方向に交互に配置され、各圧油供給用凹部２９と各圧油排出用凹部３０とは周方向に交互に配置される。
各右操舵用凹部２７は、第１バルブ部材２４に形成された第１流路３１およびバルブハウジング１０ａに形成された第１ポート３２を介して、図１に示すように油圧シリンダ１８の一方の油室２１に通じ、各左操舵用凹部２８は、第１バルブ部材２４に形成された第２流路３３およびバルブハウジング１０ａに形成された第２ポート３４を介して油圧シリンダ１８の他方の油室２２に通じる。
各圧油供給用凹部２９は、第１バルブ部材２４に形成された第３流路３５およびバルブハウジング１０ａに形成された入口ポート３６を介して、図１に示すようにポンプ３７に通じる。
各圧油排出用凹部３０は第２バルブ部材２５に形成された第１排出路３８、入力シャフト２とトーションバー３の内外周間の通路４７、入力シャフト２に形成された第２排出路３９、及びバルブハウジング１０ａに形成された排出ポート４０を介しタンク４１に通じる。
これにより、そのポンプ３７、タンク４１、及び油圧シリンダ１８の各油室２１、２２が第１バルブ部材２４と第２バルブ部材２５の内外周間の弁間流路４２を介して通じる。
【００１５】
その第１バルブ部材２４の内周と第２バルブ部材２５の外周との間の弁間流路４２において、第１バルブ部材側凹部と第２バルブ部材側凹部の間は、両バルブ部材２４、２５の相対回転により開度が変化する絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとされている。各絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、そのポンプ３７、タンク４１、及び油圧シリンダ１８の各油室２１、２２に通じ、各絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの開度変化により油圧シリンダ１８に作用する油圧が制御される。
【００１６】
図２は、直進運転状態での両バルブ部材２４、２５の相対位置を示しており、この状態においては各圧油供給用凹部２９と各圧油排出用凹部３０とが全絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを介して通じるため、ポンプ３７から供給された圧油は直接タンク４１へ還流し操舵補助力は発生しない。
直進運転状態から右方へ操舵すると、操舵トルクに応じてトーションバー３は捩じれ、両バルブ部材２４、２５は相対回転する。その結果、各右操舵用凹部２７と各圧油供給用凹部２９との間の絞り部Ａの開度および各左操舵用凹部２８と各圧油排出用凹部３０との間の絞り部Ｂの開度が大きくなり、各左操舵用凹部２８と各圧油供給用凹部２９との間の絞り部Ｃの開度および各右操舵用凹部２７と各圧油排出用凹部３０との間の絞り部Ｄの開度が小さくなる。これにより、ポンプ３７から油圧シリンダ１８の一方の油室２１へ圧油が供給され、油圧シリンダ１８の他方の油室２２よりタンク４１へ圧油が還流され、車両の右方への操舵補助力がラック８に作用する。
直進運転状態から左方へ操舵すると、各絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの開度は右方へ操舵した場合と逆に変化するので、車両の左方への操舵補助力がラック８に作用する。
【００１７】
上記入力シャフト２に対する出力シャフト４の相対回転を抑制する力を制御する操舵抑制力制御機構６０が設けられている。その操舵抑制力制御機構６０は、その入力シャフト２に対する出力シャフト４の相対回転を抑制する力を、直進運転状態から操舵トルクが設定値に達するまでは、その油圧シリンダ１８に供給される圧油の油圧に応じて作用させ、操舵トルクが設定値以上では一定に保持する。
【００１８】
その操舵抑制力制御機構６０は、油圧制御部６１と、バルブハウジング１０ａの内部のオイルシール１５と制御弁２３との間に配置される作動部６２とを備える。
【００１９】
図３に示すように、その油圧制御部６１は、シリンダ６３と、このシリンダ６３内を一対の油室６３ａ、６３ｂに区画する制御ピストン６４と、その制御ピストン６４を中立位置に保持するための弾力を作用させる一対の中立保持用スプリング６５、６６（弾性部材）とを有する。
【００２０】
そのシリンダ６３は、例えばバルブハウジング１０ａの一部により構成するようにしてもよいし、バルブハウジング１０ａとは別体としてもよい。
【００２１】
その制御ピストン６４は、円柱状本体６４ａと、この本体６４ａの一端面から同軸状に突出する第１ガイドシャフト６４ｂと、その本体６４ａの他端面から同軸状に突出する第２ガイドシャフト６４ｃとを有する。その第１ガイドシャフト６４ｂは、一方の油室６３ａを通ってシリンダ６３に形成された第１ガイド凹部６３ｄに挿入され、その第２ガイドシャフト６４ｃは、他方の油室６３ｂを通ってシリンダ６３に形成された第２ガイド凹部６３ｅに挿入される。
【００２２】
各スプリング６５、６６は圧縮コイルスプリングにより構成され、一方の中立保持用スプリング６６のバネ定数は他方の中立保持用スプリング６５のバネ定数よりも小さくされている。その一方の中立保持用スプリング６６は一方の油室６３ａ内に配置され、他方の中立保持用スプリング６５は他方の油室６３ｂ内に配置される。
【００２３】
各油室６３ａ、６３ｂは、入口ポート６３ａ′、６３ｂ′を介して前記ポンプ３７と制御弁２３との間に接続され、これにより、各油室６３ａ、６３ｂに前記油圧シリンダ１８に供給される圧油が供給される。また、他方の油室６３ｂは、出口ポート６３ｂ″を介して作動部６２に接続される。各ガイド凹部６３ｄ、６３ｅはタンク４１に接続される。
【００２４】
上記第１ガイドシャフト６４ｂは第２ガイドシャフト６４ｃよりも小径とされ、これにより、その一方の油室６３ａにおける制御ピストン６４の受圧面６４′の面積は他方の油室６３ｂにおける制御ピストン６４の受圧面６４″の面積よりも大きくされている。
【００２５】
その作動部６２は、出力シャフト４に保持される一対のプランジャ７１を有する。すなわち、その出力シャフト４に一対の通孔４ｄが形成され、各通孔４ｄの一端は出力シャフト４の外周に形成された周溝４ｃに通じ、他端は前記空洞部４ａに通じる。各通孔４ｄにプランジャ７１が径方向に沿って往復移動可能に挿入されている。各プランジャ７１は、その一端が空洞部４ａ内に位置する入力シャフト２の他端外周に対向する。両プランジャ７１は互いに周方向に１８０度離れた位置に配置される。なお、その出力シャフト４の周溝４ｃに、組み立て時に各プランジャ７１が脱落するのを防止するＣ形リング７２が嵌め合わされている。そのリング７２は、各通孔４ｄの一端開口を閉鎖しないように、その軸方向寸法が周溝４ｃの軸方向寸法よりも小さくされている。
【００２６】
その出力シャフト４の周溝４ｃが、バルブハウジング１０ａに形成された圧油導入ポート７３を介して上記シリンダ６３の他方の油室６３ｂに接続される。これにより、各プランジャ７１は、その他方の油室６３ｂにおける油圧に応じて入力シャフト２を押し付ける。なお、図１に示すように、その出力シャフト４の一端と周溝４ｃとの間にシール部材７５が介在される。
【００２７】
直進運転状態では、上記制御ピストン６４が中立位置に保持されるように、両受圧面６４′、６４″に作用する油圧の差に基づき制御ピストン６４に作用する力と中立保持用スプリング６５、６６に基づき制御ピストン６４に作用する力とが釣り合うものとされる。すなわち、直進運転状態では操舵補助力が作用しないことから、油圧シリンダ１８に作用する油圧の値は背圧に等しい最小値である。その最小油圧に基づき制御ピストン６４を他方の油室６３ｂに向かい変位させる力と、両中立保持用スプリング６５、６６のバネ定数の差に基づき制御ピストン６４を一方の油室６３ａに向かい変位させる力とが等しくされる。これにより、その他方の油室６３ｂにおける油圧に応じてプランジャ７１が入力シャフト２を押し付ける力、すなわち、入力シャフト２に対する出力シャフト４の相対回転を抑制する力は最小になる。
【００２８】
直進運転状態から操舵トルクが前記設定値に達するまでは、操舵トルクの増加に応じて上記トーションバー３の捩じれ角が大きくなり、制御弁２３を介して油圧シリンダ１８に供給される圧油が増加する。これにより、両受圧面６４′、６４″に作用する油圧の差が増加し、その油圧の差に基づき制御ピストン６４に作用する力が、中立保持用スプリング６５、６６の弾力に基づき制御ピストン６４の変位を抑制する力よりも大きくされる。よって、その制御弁２３は他方の油室６３ｂに向かい変位され、その他方の油室６３ｂにおける油圧は増加し、そのプランジャ７１が他方の油室６３ｂにおける油圧に応じて入力シャフト２を押し付ける力が増加する。これにより、入力シャフト２に対する出力シャフト４の相対回転を抑制する力は、直進運転状態から操舵トルクが設定値に達するまでは、その油圧シリンダ１８に供給される圧油の油圧に応じて作用される。
【００２９】
その操舵トルクが設定値以上になると、制御ピストン６４によりシリンダ６３の出口ポート６３ｂ″が閉鎖され、プランジャ７１に作用する油圧が一定に保持される。これにより、操舵トルクが設定値以上では、入力シャフト２に対する出力シャフト４の相対回転を抑制する力は一定に保持される。
【００３０】
図４における実線は、上記構成の操舵トルクとトーションバー３の捩れ角との関係を示し、トーションバー３の捩れ角に対する操舵トルクの増加率を、操舵トルクが設定値Ｔａ未満では設定値Ｔａ以上におけるよりも大きくできる。これに対し、図中破線で示す操舵抑制力制御機構を備えていない従来の構成では、トーションバーの捩れ角に対する操舵トルクの増加率は一定である。すなわち、上記構成によれば、直進運転状態から操舵トルクが設定値Ｔａに達するまでのトーションバー３の捩れ角の小さい直進運転状態近傍では、油圧により入力シャフト２と出力シャフト４の相対回転が抑制される。これにより、直進運転状態近傍で所望の剛性感を得ることが可能になる。また、操舵トルクが設定値以上になると、両シャフト２、４の相対回転を抑制する油圧が大きくなることはないので、操舵トルクに応じて操舵補助力を大きくできる。その設定値Ｔａは、直進運転状態近傍において所望の剛性感を得ることができ、操舵時における操舵補助力が不足しないように適宜設定すればよい。
また、上記構成によれば、簡単な油圧機構によって、直進運転状態近傍では入力シャフト２と出力シャフト４の相対回転を抑制し、操舵トルクが設定値以上になると両シャフト２、４の相対回転を抑制する力を一定にして操舵トルクに応じて操舵補助力を大きくできる。
【００３１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、バルブハウジングにより保持したプランジャにより出力シャフトを押し付けるようにしてもよく、また、プランジャの数や配置は特に限定されず、要はプランジャにより押し付けられる入力シャフトと出力シャフトの中の一方に対して相対回転する部材にプランジャが保持されていればよい。また、操舵トルクが設定値以上になった場合にプランジャに作用する油圧を一定に保持する構成も特に制限されず、例えば操舵トルクが設定値以上で制御ピストンの移動を阻止してもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、簡単な油圧機構によって、部品点数、組立工数、コストを必要以上に増大させることなく、直進運転状態近傍で所望の剛性感を確実に得ることができ、操舵に必要な操舵補助力を操舵フィーリングを低下させることなく付与できる油圧パワーステアリング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の油圧パワーステアリング装置の断面図
【図２】図１のＩＩ‐ＩＩ線断面図
【図３】本発明の実施形態の操舵抑制力制御機構の油圧制御部の断面図と作動部の横断面図
【図４】本発明の実施形態の油圧パワーステアリング装置の操舵トルクとトーションバーの捩れ角との関係を示す図
【符号の説明】
２ 入力シャフト
３ トーションバー
４ 出力シャフト
１８ 油圧シリンダ
２３ 油圧制御弁
６０ 操舵抑制力制御機構
６１ 油圧制御部
６２ 作動部
６３ シリンダ
６３ａ、６３ｂ 油室
６４ 制御ピストン
６５、６６ 中立保持用スプリング
７１ プランジャ

Claims (1)

1. 入力シャフトと、
   その入力シャフトに操舵トルクに応じて弾性的に相対回転可能に連結される出力シャフトと、
   供給される圧油の油圧に応じた操舵補助力を発生可能な油圧アクチュエータと、
   その油圧アクチュエータに供給される圧油の油圧を、その入力シャフトと出力シャフトの相対回転量に応じて制御する油圧制御弁とを備える油圧パワーステアリング装置において、
   その入力シャフトに対する出力シャフトの相対回転を抑制する力を、直進運転状態から操舵トルクが設定値に達するまでは、その油圧アクチュエータに供給される圧油の油圧に応じて作用させ、操舵トルクが設定値以上では一定に保持する操舵抑制力制御機構が設けられ、
   その操舵抑制力制御機構は、油圧制御部と作動部を備え、
   その油圧制御部は、シリンダと、このシリンダ内を一対の油室に区画する制御ピストンと、その制御ピストンを中立位置に保持するための弾力を作用させる弾性部材とを有し、各油室に前記油圧アクチュエータに供給される圧油が供給され、その一方の油室における制御ピストンの受圧面は他方の油室における制御ピストンの受圧面よりも大きくされ、
   その作動部は、入力シャフトと出力シャフトの中の一方を、その他方の油室における油圧に応じて押し付けるプランジャを有し、そのプランジャは、入力シャフトと出力シャフトの中の一方に対して相対回転する部材に保持され、
   直進運転状態では、前記制御ピストンが中立位置に保持されるように、両受圧面に作用する油圧の差に基づき制御ピストンに作用する力と前記弾性部材の弾力に基づき制御ピストンに作用する力とが釣り合うものとされ、
   直進運転状態から操舵トルクが前記設定値に達するまでは、両受圧面に作用する油圧の差の増加に基づき制御ピストンは他方の油室に向かい変位され、
   操舵トルクが設定値以上では前記プランジャに作用する油圧が一定に保持されることを特徴とする油圧パワーステアリング装置。

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